大腸桿菌:“草根”何以變“超級”

呂靜

通常情況下，人體胃腸內充滿數十億并無大礙的大腸桿菌。可是，為何這種與人和平相處的古老細菌，卻不時會出現致命的新菌種？

美國華盛頓大學的微生物學家菲利普·塔爾是研究周期性肆虐美國的大腸桿菌專家。當聽到最近歐洲大腸桿菌大規模爆發的報道時，他馬上就想到美國曾經有過類似的疫情記錄。比如，2006年，被大腸桿菌污染的菠菜在美國曾經讓199人感染，并導致部分腎衰竭的病例。此次歐洲疫情的暴發似乎也符合這一模式：很明顯，人們是在生吃被污染的蔬菜后感染了大腸桿菌的。

但后來，德國醫院將大腸桿菌樣本寄到位于中國的基因組中心，以對這些細菌進行DNA測序。6月2日，研究人員報告說，這個菌系與美國菠菜感染的大腸桿菌O157:H7并不一樣。事實上，這是一個完全不同的菌系，它叫做O104:H4。這一菌系從前沒有導致過疾病的暴發。塔爾查找了報告這一歐洲菌系的醫學文獻，發現只有少數人曾經感染過該菌，但這些人中無一人患病。然而這一回不知什么原因，這種昔日不起眼的微生物已轉為惡性，引發了史上最大的大腸桿菌疫情。

據報道，截至6月19日，因腸出血性大腸桿菌感染而死亡的人數已經達到39人，感染者共3408人。德國以外的13個歐洲國家以及加拿大和美國共有大約100人受到感染。目前，疫情正在減弱，新增感染人數也在下降。羅伯特·科赫研究所的統計顯示，在這些病例中，有798人出現了嚴重的溶血性尿毒綜合征。

這場疫情將使歐洲農民損失數千萬歐元。歐盟已經為歐洲受影響的農民提供了2.1億歐元的補償，但農民抱怨這些錢遠遠不能彌補他們的損失。德國農民協會主席索恩萊特納說，全歐洲種植戶的損失在5億～6億歐元之間。

塔爾說：“我們不知道這種病菌的存在，這次疫情的暴發令人吃驚。”

連塔爾這樣的人都感到吃驚的事實應該值得每個人關注。新疫病的出現讓其他國家也開始考慮如何應對類似的疫情。

細菌“變臉”

目前，究竟是什么原因造成了疫情暴發依然令人困惑。人體胃腸內充滿了數十億無害的大腸桿菌，這些細菌通常與其他哺乳動物相安無事。大腸桿菌是如此無害，以至于微生物學家早在100年前就開始在實驗室中培養它們，并使其成為地球上被研究得最為深入的物種。

但在20世紀中期，科學家開始揭示可能導致腹瀉并危及生命的大腸桿菌菌系，這些細菌不像一般的大腸桿菌，它們攜帶著一種叫做“志賀毒素”的基因，這一毒素是用日本細菌學家志賀潔的名字命名的。隨著時間的推移，微生物學家鑒別出許多致病的菌系，并按照其表面的蛋白質來分類。

1982年，具有恐怖感染力的大腸桿菌O157:H7疫情暴發，令美國俄勒岡州梅德福市25人病倒。三個月后，相同的菌株導致了密歇根州特拉弗斯城的疫情，科學家追溯細菌，發現它們源自未熟透的漢堡包。

從那時起，科學家們已經發現了6種導致相似疾病的菌株，但O157:H7在大腸桿菌所致的食物中毒中占較大比例。例如1993年在美國華盛頓，該菌株再次污染漢堡包，造成732人感染，其中4人死亡。但是感染的來源不僅僅是漢堡包，隨著2006年的菠菜大腸桿菌疫情的發生，O157:H7已經先后出現在生菜、豆芽，甚至是曲奇面團中。

研究人員已經發現，大腸桿菌O157:H7和其他致病菌株存在于牛和其他牲畜中，它們對動物似乎無害，但人能從被污染的牛肉中感染這種細菌。這些微生物通過被糞便污染的灌溉水進入蔬菜，一旦細菌進入人類宿主，它們就會轉變為惡性。在大腸中，細菌將分子插入人體腸道細胞，讓人體細胞為它們提供能量和養分。

這種“細菌的盛宴”卻導致了病人痛苦的腹瀉。但是，大部分感染了大腸桿菌O157:H7的人可以在幾天內痊愈，不過在每20名感染者中，會有1～2人病情嚴重惡化。其體內的大腸桿菌釋放出志賀毒素，這些毒素從腸道進入周圍血管并傳播到身體的其他部位，會引起血栓、抽搐和腎衰竭。

1980年代，大腸桿菌O157:H7的突然亮相讓很多人驚訝其從何而來。難道這是現代食品工業的怪異產物嗎？塔爾和他的同事分析了細菌基因組，并估計了其起源時間。塔爾說：“這些細菌大約在7000年之前出現。”在被微生物學家確定為病因之前，O157:H7菌株和其他病原菌很可能就已經導致了數世紀之前的疫病爆發。

現代食品生產能以更快的速度傳播細菌。在公共衛生學家開始意識到這一點時，2006年的“菠菜疫情”已經席卷了美國大陸。

再來看看大腸桿菌O157:H7的遺傳組成，這也是更令人擔憂的原因：它是由從其他細菌中揀選出的基因通過一個重組的過程演變為致命病原體的。塔爾說：“大腸桿菌是一個重組的大熔爐。”

追蹤毒株來源

公共衛生學家已經對大腸桿菌O157:H7和其他六種致病菌株的暴發保持警惕。但是，此次在歐洲肆虐的菌株卻不屬于任何眾所周知的“嫌犯”。最初，據稱它是來自西班牙有機農場的黃瓜和蔬菜，但是，在那些地方的檢測并沒有發現此次致病的菌株O104:H4。研究人員搞不清這些病菌到底來自何處。

6月10日，羅伯特·科赫研究所所長、德國疾病控制機構領導人萊因哈德·伯格對媒體稱，豆芽是德國大腸桿菌疫情“最可能的”來源。接著，德國官員也表示，他們認為豆芽確實是德國致死性大腸桿菌的感染源，它造成了歷史上最大的大腸桿菌疫情。

這種惡性污染德國豆芽的大腸桿菌菌株造成四分之一感染者患上溶血性尿毒綜合征。這是一種可能影響血液、腎臟和神經系統的致命的并發癥，病人將需要腎移植或終身透析。

據推測，這一致死性菌株可能最早來自牛，并通過使用牛糞來栽培食物，并用種子發豆芽來傳播。這些毒豆芽的源頭可以追溯到德國北部的一個有機農場。而農場主卻說他們沒有使用牛糞，也沒有使用任何在有機種植中廣泛使用的數十種添加劑。他們培養豆芽的原材料只有種子和水。發豆芽的一般程序是在圓桶中給選定的種子在38℃溫度下提供蒸汽，這種條件正適合于滋生細菌。

那么，O104:H4菌株如何會污染到豆芽？通常的途徑是通過動物糞便污染發豆芽的水，或直接通過用作有機肥料的糞便感染。但是兩者都已被排除。據說這家農場也符合業界最高的衛生標準。所以結論是，種子本身很可能事先已經被污染。

微生物學家早已經知道，大腸桿菌可以緊密結合在種子表面甚至穿透種子，并在那里休眠數月。發芽之際，細菌種群可以擴大10萬倍，除了污染種子，隨著種子開始發芽，細菌會深入莖節內部。光靠清洗幾遍不能完全消除細菌。

德國和中國的科學家發現，O104：H4基因組序列表明，這種細菌包括很多其他大腸桿菌上看不到的DNA碎片，這些新的DNA可能正是其高毒力的原因。令人擔憂的是，肇事元兇O104:H4菌株至少有8個基因使其可以抵抗絕大多數抗生素。其結果，醫生幾乎沒有治療這種“超級細菌”的辦法。在德國，醫生們不得不求助于一種試驗性的抗體療法。

生吃惹的禍

德國疫情的暴發是與大腸桿菌有關的一連串食品恐慌中的一個最新事件。可怕的是，O104:H4不會是最后的新型致死性大腸桿菌菌株。其他的菌株正在進化中，一旦它們入侵，普通的檢測方法將無法檢測到它們。塔爾認為，這一不確定性將需要一種新的方法來保障果蔬和其他食品的安全，以使我們遠離從未遇到的大腸桿菌污染。

多虧有了更好的疫情報告方法，以及改進的衛生措施，使得自從上個世紀90年代中期以來，危險的O157:H7菌株感染數量已經減半。可是，另一些腸道細菌感染的情況并不妙。今年5月，佛羅里達大學流行病原體研究所發表的一份報告估計，每年食物病原體所導致的醫療開支和工資損失達到140億美元。比如，每年因禽類被彎曲桿菌污染會導致60萬病例，約有7000人住院。

2010年，沙門氏菌感染，特別是來自生肉、雞蛋和蔬菜的感染確診人數增加了10%。令人們記憶猶新的是，美國去年在2000人受到沙門氏菌感染之后，有5億枚受污染的雞蛋被召回，所幸此次事件沒有造成人員死亡。

據美國疾病預防控制中心估計，每年有六分之一的美國人會感染食品或水傳播的疾病，包括沙門氏菌、大腸桿菌、彎曲桿菌等。每年有13000人因此而住院，大約3000人死于并發癥。

不管衛生法規多么嚴格，至少防止某些“田間細菌”進入食物是不大可能的，而清洗新鮮農產品的過程中，去除的只不過是表面的泥土。要殺死病原體，唯一的答案就是輻射。這就意味著用高能電子或光子脈沖來處理食物，攻擊微生物的DNA，防止它們釋放毒素和增殖。

食品業歡迎這種想法，輻射能摧毀99.9%的常見病原體，減少化學殺蟲劑和熏蒸劑的需要量，通過減慢成熟期而增加了保質期，也消除了境外果蔬檢疫的需要。為了保證去骨禽肉的安全，法國一直廣泛使用輻射，在比利時、法國和荷蘭，冷凍海鮮和青蛙腿也做同樣的處理。此外，輻射也廣泛用于香辛料、脫水蔬菜和作料的殺菌。在美國，輻射早已被批準用于殺滅肉中的病原體，在2006年的大腸桿菌恐慌之后，也開始用于處理菠菜和生菜。

世界衛生組織、美國醫學協會和美國飲食協會等，都非常青睞食品輻射處理。許多醫學研究人員和食品科學家希望看到輻射成為公共健康的第四大支柱——與加氯消毒、疫苗接種和巴氏消毒法的地位并駕齊驅。他們認為，這項技術現在已經成熟，其所帶來的利益遠超出可能的風險。人們并不是用X光機或像鈷60那樣的放射性核素，而只是用類似于老式電視機上的那種發射器，發出電子束來對食品進行照射。

盡管如此，對于大量使用這一技術仍有人持懷疑態度。在美國，食品與藥品管理局要求輻射食品在包裝上要標注國際性的“輻射處理”圖案。但是，目前商家大多并不愿意采購這種產品，他們害怕顧客會錯誤地將這種說明和標志與核輻射聯系起來。

塔爾說：“我們要重新考慮食品安全，甚至有必要采取激進的措施，他贊成用輻射的辦法來處理新鮮的農產品。”面對西方人喜歡生吃食物的習慣，塔爾無奈地說：“我可以告訴你如何烹制一個漢堡才能令其安全，但我真的無法告訴你，怎么做生菜，才能保證不出現食品安全問題。”